西南科技大学金属矿床地下开采课程设计版.docx
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西南科技大学金属矿床地下开采课程设计版
Southwestuniversityofscienceandtechnology
本科课程设计(论文)
金属矿床地下开采课程设计
学院名称
环境与资源学院
专业名称
采矿工程
学生姓名
学号
指导教师
二〇〇九年六月
前言
一.本次课程设计应达到的目的
课程设计是实践教学环节重要组成部分,通过本次设计能将所学过的地质、测量、凿岩爆破、矿井通风、矿山运输与机械、金属矿床地下开采等多方面的知识综合运用并加以深化,另外由于设计结合生产实际,并选择采准工程比较复杂的有底柱采矿法为设计对象,能提升学生的工程实践能力,并能举一反三进行其它采矿方法的采准施工设计
本次课程设计任务的主要内容和要求
l、选择回采方案,回采范围及落矿方式;
2、选择矿块切割、拉底方式,确定切割槽的位置、拉槽方式、爆破方向与顺序;
3、确定通风方式及矿石运搬;
4、根据回采设备确定采准巷道的断面
5、绘制所需的地质平面图和地质剖面图,并在图上布置采准巷道;
6、计算设计矿块的采准工程量及主要技术经济指标;
7、施工等注意事项;
8、编制采准设计说明书
1.矿块地质概况
1.1对地质资料的评述
1.1.1设计所依据的地质资料
本次初步设计所依据的地质资料为西北冶金地质勘探公司第一地质勘探队1965年12月提交的《陕西省略阳县何家岩铁矿区鱼洞子铁矿床地质勘探最终总结报告》。
1.1.2对设计所依据的地质资料的评述
本次设计的主要对象为中部含矿带的中9矿体(17线~18线),设计开采标高为+800m~+750m。
地质报告中将主矿体确定为第Ⅱ勘探类型,采用的勘探手段为槽探和钻探。
设计认为:
该矿区通过地质勘探工作,基本查明了矿区的主要含矿层、构造、矿体形态、产状、规模、矿石类型、矿石矿物组分和化学成分,并进行了一定的水文地质和工程地质工作,矿体圈定与储量计算方法合理,各项工作质量基本符合要求,可作为矿山设计的依据。
但矿床勘探程度偏低,储量级别也较低。
1.2矿区及矿床地质特征
1.2.1矿区地质概况
本矿床位于南秦岭加里东褶皱带。
出露地层以下古生界陆缘碎屑岩与碳酸岩间中基性喷发岩建造为主,即绿色岩系夹沉积变质铁矿,局部有不同程度的混合岩化。
上覆有不整合的泥盆系、下石碳系及下二迭系地层。
区域构造形式以褶皱为主,基底构造以紧密线状褶皱为主,轴向一般为近东西,轴面向北陡倾。
区内断裂构造为褶皱伴生产物,以走向断裂最为发育,走向近东西,断层面向北倾。
1.2.2矿床地质
本矿床处于何家岩倒转背斜的北翼,出露地层主要是下古生界的绿色岩系,且多受混合岩化作用,矿床为一单斜构造,向北陡倾,断裂构造发育,火成岩以中基性脉岩为主。
矿层主要产于变质中基性火成岩—斜长角闪片岩及绿泥斜长片岩中。
本矿床处于何家岩倒转背斜的北翼,呈单斜构造,局部具挠曲现象。
地层走向为300~330º,倾向北东,倾角75º左右。
中9矿体:
为中部含矿带中第二个规模较大的矿层,分布于14~26剖面之间,出露标高为1008~1174m,平均标高为1050m。
断续长达2500m,矿体形态为似层状,走向300~320º,倾向NE,倾角55~75º,矿体厚度波动于1.0~38.2m,平均7.2m。
本矿层中有1~2个夹层,岩性以斜长角闪片岩(一般具绿泥石化)为主,平均厚2.3m,含TFe为6~17%,矿石类型为磁铁石英岩及黑云母磁铁石英岩,产于PZ1Y2-2c中。
1.3矿石质量特征
1.3.1矿石矿物组成
组成矿石的矿物成分比较简单,除石英、磁铁矿、黑云母外,尚有少量的叶绿泥石、角闪石、赤铁矿、褐铁矿、阳起石、黑云母、磷灰石、黄铁矿、黄铜矿和方解石等。
按矿物共生组合及含量分三种主要类型:
磁铁石英岩、阳起石磁铁石英岩、黑云母磁铁石英岩。
1.3.2矿石结构构造
矿石结构为变晶结构、压碎结构。
矿石构造以条带状、片麻状构造为主,少量浸染状及块状构造。
1.3.3矿石化学成分
表1-1主要化学成分平均含量表
矿
体
主要化学成分(%)
TFe
SFe
FeO
SiO2
Al2O3
CaO
MgO
S
P
Mn
Cu
中11
30.86
29.86
14.85
49.23
1.94
2.09
1.04
0.083
0.073
0.076
0.01
中9
33.70
33.11
14.97
46.76
1.94
2.09
1.04
0.104
0.078
0.066
0.01
矿体中的有益、有害组分的平均含量低,伴生金属含量低,无综合利用价值。
采矿方法
1.4矿床水文地质
本矿床位于地形受到强烈侵蚀的中、高山区,矿区地面最低标高为+900m,最高标高为+1397m,降水虽充沛,但大部分沿沟溪流出区外,区域充水条件简单,本矿床属于近矿围岩含裂隙水为主的水文地质条件简单的矿床。
1.4.1矿床水文地质条件
矿床位于区域北部,处于黑河上游黄家营小河和玉带河上游黑山沟两支水系分水岭地带,地形标高一般为+850~+1400m,潜水位为+910m,构造上属何家岩背斜北翼,矿床内主要分布的鱼洞子组结晶片岩为富水性微弱~中等的含水岩系。
黄家营小河位于泥盆系板岩和灰岩中,河床标高+930~+850m,汇集矿床东段横切矿体各沟溪流量于矿床东端排泄出区外,一般流量为0.018~0.211m3/s,由于与含矿结晶片岩之间隔有较厚的炭质板岩,故对矿床充水没有影响。
黑山沟水流沿含矿结晶片岩走向发育,河床标高为+1000~+920m,汇集矿床西段各沟溪流量于矿床西端排泄出区外,一般流量为0.012~0.292m3/s,这些沟溪在枯水季节均为地下水补给,但在雨季则成为矿床地下水的补给水源。
矿床内结晶片岩(片岩、混合岩、脉岩)中的地下水水位标高与地形基本吻合,埋藏深度随地形而异。
矿床地表水和地下水受大气降水因素影响,属季节性变化类型,从矿区地下水位从动态观测来看,地下水动态变化与季节变化较密切,雨后水位上升,干旱水位下降,故大气降水是本矿区地下水唯一的补给来源。
综上所述,该矿区水文地质条件较为简单的矿床。
1.4.2矿坑涌水量的预测
矿坑充水直接受季节性的大气降水补给,根据矿床水文地质特征、矿体埋藏条件及本次设计的采矿开拓运输系统布置图,用“大井法”计算了+750m中段的矿坑涌水量,其结果为7908m3/d。
并用类比法进行了验证。
预测正常雨季井下总水量:
4500m3/d,暴雨季节最大涌水量:
11300m3/d。
矿山在基建、生产过程中,应做好水文地质观测工作,逐日记录矿坑排水量,研究矿坑的地下涌水量与开采面积、深度的关系,以利于采用比拟法计算和修正下一开采水平的涌水量。
综上所述,本矿床开采技术条件属中等偏简单。
1.5环境地质
矿床中既无有害气体、地热,也无能引起自燃或污染的其他物质。
矿区地下水是今后开采矿井疏干的主要水源,水质类型为重碳酸盐型的淡水,不含有毒、有害元素,环境地质条件较好。
1.6初步设计资源储量估算
1.6.1资源储量估算的工业指标
本次资源储量估算采用的工业指标如下:
1)边界品位:
TFe﹥20%;
2)块段平均品位:
TFe﹥25%;
3)最低可采厚度﹥1m;
4)夹石剔除厚度﹥2m。
1.6.2资源储量计算的方法
采用水平断面法计算各中段的地质储量。
1.6.3矿山资源储量
表1-2各中段资源储量计算汇总表单位:
×104t
中段
矿体号
中段
总矿量
中11
中9
111b+122b
333
小计
TFe%
111b+122b
333
小计
TFe%
合计
TFe%
+750m
267.79
15.7
283.49
30.86
377.17
8.4
385.57
33.70
669.06
32.49
+675m
257.65
35.4
293.05
30.86
328.54
9.0
337.54
33.70
630.59
32.38
+600m
230.42
26.4
256.82
30.86
377.02
9.7
386.72
33.70
643.54
32.55
总计
755.86
77.5
833.36
30.86
1082.73
27.1
1109.83
33.70
1943.19
32.47
2.试验矿块开采技术条件
2.1矿体、顶底板岩石及夹石的稳固性
中11和中9两矿体的矿石类型为磁铁石英岩及黑云母磁铁石英岩,其稳固性较好。
各矿层的顶、底板主要是斜长角闪片岩(一般具绿泥石化、混合岩化)、绿泥斜长片岩(常含石英)、各种混合岩及角闪岩。
片理、劈理及节理发育程度因岩性而异。
矿层与断裂接触部分,围岩及矿层隙的节理裂皆发育。
围岩破碎严重,容易冒落。
矿层中的夹石与围岩类似,以绿泥石化强烈的斜长角闪片岩或片理发育的绿泥斜长片岩为主,该岩层均很松软,开采时易混进矿石中,影响出矿品位。
2.2矿体厚度、倾角及夹石
设计开采中9矿体:
为中部含矿带中第二个规模较大的矿层,分布于14~26剖面之间,出露标高为+1008~+1174m,平均标高为+1050m。
断续长达2500m,矿体形态为似层状,走向300~320°,倾向NE,倾角55~75°,矿体厚度波动于1.0~38.2m,平均7.2m。
本矿层中有1~2个夹层,岩性以斜长角闪片岩(一般具绿泥石化)为主,平均厚2.3m,含TFe为6~17%,矿石类型为磁铁石英岩及黑云母磁铁石英岩,产于PZ1Y2—2c中。
2.3矿岩物理力学性质
体重:
矿石3.30t/m3;岩石2.70t/m3
硬度系数f:
矿石10~14;岩石6~10
松散系数:
矿石1.71;岩石1.71
安息角:
矿石38º;岩石38º
湿度:
矿石0.14%
3.采矿方法
3.1采矿方法选择
该矿块范围的矿体厚度为25-30m,属厚矿体,倾角为75°左右,矿体的矿石类型为磁铁石英岩及黑云母磁铁石英岩,其稳固性较好。
围岩的稳固性一般。
综合各因素考虑选择浅孔留矿法采矿,底部结构为平底结构,铲运机出矿。
3.2采场布置及构成要素
设计采场位于750中段17线至18线之间,中段高度50m,在18线位置和17线左侧布设人行通风天井,回风巷道利用上阶段的脉内探矿巷道(设计时考虑上阶段未回采,若以回踩可利用上阶段阶段运输巷道)。
由于矿体较厚故在底部结构延矿体走向布置两条堑沟,与堑沟斜交布置装运巷道(上述具体尺寸参数见附图)
4.采切工程布置
4.1采准工程布置
采准工作主要有掘进矿体上盘联系穿脉巷道的矿石运输通道、装运巷道、人行通风天井、联络巷道和拉低巷道,由于下盘的阶段运输巷道距离矿体较远,所以有必要掘进下盘联系穿脉巷道的矿石运输通道,其中联络巷道每隔5m掘进一条。
4.2切割工程布置
切割工程是以拉底巷道为自由面形成拉低空间和堑沟,为回采工作开辟自由面和爆破放矿做准备。
拉低高度为2m,宽度等于矿体厚度。
表4-1采准切割工程量明细表
工程编号
工程名称
断面(m2)
长×高
长度
(m)
倾角(坡度‰)
备注
1
750穿脉巷道
2.7×3.0
84
3
2
750运输联系通道
2.9×3.0
62
3
3
装岩巷道
3.2×3.0
16
3
4
拉底巷道
2.0×2.0
53
0
5
拉底空间
d×2.0
55
0
d为任一断面的矿体厚度
6
人行通风天井
2.0×2.0
50
/
7
联络巷道
2.0×2.0
/
0
5.回采作业
采准切割工作完成后,开始采场回采作业。
5.1凿岩
利用YSP-45型凿岩机钻凿上向平行中深孔。
每循环凿岩区域的宽度为矿体厚度宽度,长度依工作循环时间而定,保证在一个工作循环内所凿炮孔全部装药起爆,并预留5%-10%的富余时间,以保证各工序正常作业。
5.2爆破
炮孔孔径30~46mm,药包直径50~80mm,最小抵抗线750mm-1380mm,孔底间距600mm~1380mm,孔深小于2.5m,以拉底空间为自由面进行上向分次爆破,为减少震动效应采用微差爆破。
5.3矿石运搬
出矿用铲运机,斗容1.5m3。
矿石经爆破后,充填工作空间,铲运机进入底部结构的装运巷道(每次出矿量为一次爆破量的1/3左右),经运输联系通道直接装入矿车。
5.4大块二次破碎
回采落矿所产生的不合格大块,在装运巷道采用机械式二次破碎。
5.5采场作业制度
采场作业每天三班,每班作业8小时,每班完成一个工作循环,在互不影响和保证安全的前提下,辅助作业与主要工序作业并列进行。
工作面回采作业循环如表所示。
表5-1回采工作面作业循环图表
作业名称
时间
(小时)
班次
备注
一班
二班
三班
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
1
2
3
4
5
6
7
8
凿岩爆破
4
通风
1
出矿
2
安检撬顶平场
2
6.采场出矿
由铲运机将矿石装入矿车运至车场,由主井提升系统提升至地表,再经运输工具运送到选场。
7.降低损失、贫化措施
(1)根据采矿过程中得到的矿体边界变化资料,及时调整和修改回采设计,以有效控制回采边界。
(2)现场凿岩尽可能做到不采废石,不丢矿石,结合矿山生产技术关键和采矿各工种特点,及时向施工人员进行施工技术交底。
(3)做好出矿计量和取样化验工作,严格按规定进行取样,特别是对地质品体较高的矿体,尽可能减少矿石和金属的损失。
(4)加强地质和测量工作,及时准确地进行素描、实测,绘制并提供分层平面图,以便及时、准确掌握矿体的上下盘边界,防止超采及欠挖。
(5)对不够稳固的上盘围岩保持其完整不被破坏,根据需要局部顶板可采用锚索或锚杆加固,防止因冒落而破坏正常的回采工作。
(6)积极学习推广先进经验,提高采矿强度,缩短采矿的回采和出矿周期,减少空区暴露时间,防止顶板冒落造成矿石贫化。
(7)认真组织采场边角残矿的回收工作,以减少采场的矿石损失。
(8)出矿过程中能够剔除的废石尽量剔出,加强出、放矿管理,严格矿岩分离。
8.采场通风与防尘
8.1采场通风
采场通风利用井下通风系统加局扇完成。
新鲜风流经副井→阶段运输平巷→采场天井→工作面,污风由工作面→采场天井→阶段运输平巷→从通风井抽出。
8.2通风要求
⑴根据矿山井下现有通风状况,采场工作面爆破完毕后,必须及时开启局扇,确保工作面空气达到安全规程要求,方可进行后续作业。
⑵各采场或各采掘工作面之间禁止污风串联;
⑶进入独头工作面之前,必须开动局部通风设备。
独头工作面有人作业时,局扇必须连续运转。
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